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TW201436438A - 用於切換式電容器電路之泵電容器組態 - Google Patents

用於切換式電容器電路之泵電容器組態 Download PDF

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TW201436438A
TW201436438A TW102142827A TW102142827A TW201436438A TW 201436438 A TW201436438 A TW 201436438A TW 102142827 A TW102142827 A TW 102142827A TW 102142827 A TW102142827 A TW 102142827A TW 201436438 A TW201436438 A TW 201436438A
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David Giuliano
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Abstract

一級聯倍增器包括具有切換元件的一切換式網絡、一相位泵、及耦合該相位泵及耦合該切換式網絡的一泵電容器之網絡。該泵電容器之網絡包括第一及第二電容器，其中二者具有耦合該相位泵之一個終端DC，及透過該第一電容器耦合該相位泵之一第三電容器。

Description

用於切換式電容器電路之泵電容器組態 參考相關申請案
本案請求美國專利申請案第13/685,186號申請日2012年11月26日之優先申請日的權益。前述申請案之全文內容係爰引於此並融入本說明書之揭示。
發明領域
本發明主旨係有關於用以在不同電壓間轉換的切換式電容器轉換器。
發明背景
電源轉換器通常可包括開關及一或多個電容器。此等電源轉換器例如係用以供電給可攜式電子裝置及消費性電子裝置。
一切換模式電源轉換器乃一特定型別的電源轉換器，其係藉使用切換網絡將能量儲存元件(亦即電感器及電容器)切換成不同電氣組態而調節一輸出電壓或電流。
一切換式電容器轉換器乃主要利用電容器以傳送能量的一型切換模式電源轉換器。於此等轉換器中，電容器及開關數目隨著變換比的增高而增加。
於切換式網絡中的開關通常為以電晶體具現的主動裝置。該切換式網絡可整合於單一半導體基體上或整合於多個單塊式半導體基體上。另外，該切換式網絡可使用分開的裝置形成。此外，因開關通常載有大電流，故開關可由無數個小型開關並聯組成。
常見的一型切換式電容器轉換器為級聯倍增器切換式電容器轉換器。級聯倍增器16A之二範例顯示於圖1A-1B。圖1A中示例說明的級聯倍增器16A俗稱為克羅克可夫-沃頓(Crockcoft-Walton)電壓倍增器，而圖1B中示例說明的級聯倍增器16A俗稱為迪克森(Dickson)電荷泵。
圖1A中示例說明的級聯倍增器16A接收來自電壓源14的一輸入電壓VIN，及產生為該輸入電壓VIN的四倍之一輸出電壓VO。設該輸入電壓VIN等於1伏特，圖1A中示例說明的級聯倍增器16A之操作描述如後。
具有第一及第二時鐘區間的一時鐘在一泵節點P1產生以一預先界定的頻率重複的電壓。此一時鐘係負責控制電荷從電壓源14傳送至一負載18。於本實施例中，耗用第一及第二時鐘區間的三次迭代重複以讓初始電荷從電壓源14到達該負載18。
於該第一時鐘區間期間，於泵節點P1的電壓為零伏特，奇數標示二極體D1、D3、D5導通電流。結果，電荷係從電壓源14傳送至第一泵電容器CA11，從第一DC電容器CAZ1傳送至第二泵電容器CA12，從第二DC電容器CAZ2傳送至第三泵電容器CA13，及從第三DC電容器CAZ3傳送 至負載18。
於該第一時鐘區間之後的該第二時鐘區間期間，於泵節點P1的電壓為1伏特，偶數標示二極體D2、D4、D6導通電流。結果，電荷係從第一泵電容器CA11傳送至第一DC電容器CAZ1，從第二泵電容器CA12傳送至第二DC電容器CAZ2，及從第三泵電容器CA13傳送至第三DC電容器CAZ3及負載18。
於一第一切換節點NA11的電壓係在1伏特與2伏特間輪替，於一第二切換節點NA12的電壓係在2伏特與3伏特間輪替，及於一第三切換節點NA13的電壓係在3伏特與4伏特間輪替。結果通過泵電容器CA11-CA13各自有1伏特差異。同時，於第一DC節點NAZ1的電壓為2伏特，及於第二DC節點NAZ2的電壓為3伏特，結果導致通過DC電容器CAZ1-CAZ3各自有1伏特差異。
一般而言，設於泵節點P1的峰電壓為輸入電壓VIN，通過級聯倍增器16A中的泵電容器CA11-CA13及DC電容器CAZ1-CAZ3各自的最大電壓係等於該輸入電壓VIN。
同理，圖1B中示例說明的級聯倍增器16A接收來自電壓源14的一輸入電壓VIN，及產生為該輸入電壓VIN的7倍之一輸出電壓VO。設該輸入電壓VIN等於1伏特，圖1B中示例說明的級聯倍增器16A之操作描述如後。
第一時鐘產生在第一泵節點P1的一電壓，及第二時鐘產生在第二泵節點P2的一電壓。第一時鐘與第二時鐘 彼此180度不同相位，使得其具有於預先界定的頻率重複的第一及第二時鐘間隔。此等時鐘係負責控制電荷從電壓源14傳送至一負載18。於本實施例中，耗用第一及第二時鐘區間的四次迭代重複以讓初始電荷從電壓源14到達該負載18。
於該第一時鐘區間期間，於泵節點P1的電壓為零伏特，於泵節點P2的電壓為1伏特，奇數標示二極體D1、D3、D5、D7導通電流。結果，電荷係從電壓源14傳送至第一泵電容器CA11，從第二泵電容器CA21傳送至第三泵電容器CA12，從第四泵電容器CA22傳送至第五泵電容器CA13，及從第六泵電容器CA23傳送至負載18。
於該第一時鐘區間之後的該第二時鐘區間期間，於泵節點P1的電壓為1伏特，於泵節點P2的電壓為零伏特，偶數標示二極體D2、D4、D6導通電流。結果，電荷係從第一泵電容器CA11傳送至第二泵電容器CA21，從第三泵電容器CA12傳送至第四泵電容器CA22，及從第五泵電容器CA13傳送至第六泵電容器CA23。
於一第一切換節點NA11的電壓係在1伏特與2伏特間輪替，於一第二切換節點NA12的電壓係在3伏特與4伏特間輪替，及於一第三切換節點NA13的電壓係在5伏特與6伏特間輪替。結果通過泵電容器CA11、CA21、CA12、CA22、CA13、CA23分別地有1伏特、2伏特、3伏特、4伏特、5伏特、6伏特差異。結果導致通過各個泵電容器有不同的電壓。
設於第一及第二泵節點P1、P2的峰電壓係為輸入電壓VIN。最小電壓應力係通過第一泵電容器CA11且係等於輸入電壓VIN。同時，最大電壓應力係通過第六泵電容器CA23且係等於輸入電壓VIN的6倍。
經常期望在一級聯倍增器16A中的全部電容器皆具有相同電壓應力，原因在於同型電容器可用於各個電容器。典型地因供應鏈的複雜度增加，對各個電容器選用分開型別的電容器成本增高。此外，若級聯倍增器16A係單塊式地整合，則只含括一型具有給定電壓額定值的電容器經常更具成本效益。
另一方面，低電壓電容器比高電壓電容器儲存更少的能量。舉例言之，具有如同圖1A中的串聯堆疊泵電容器組態的級聯倍增器16A以達成與具有如同圖1B中的並聯堆疊泵電容器組態的級聯倍增器16A之相同效率。
因此，期望能彈性控制電容器間之電壓應力分布連同通過電容器的最大及最小電壓應力。
發明概要
於一個面向中，本發明係有關於一種裝置包括一第一端子、一第二端子、及耦合於該等第一及第二端子間以使得於該第一端子的一電位係為於該第二端子的一電位之一倍數之一第一級聯倍增器。該第一級聯倍增器係包括一第一集合之切換元件，其中之一者係耦合該第一端子及其中之另一者係耦合該第二端子。此一第一集合之切換元 件包括第一及第二切換元件。該第一切換元件具有一第一及一第二端子，具有其中電流流經該第一切換元件的一第一態，及其中流經該第一切換元件的電流被遏止的一第二態。該第二切換元件也具有第一及第二態。於該第一態中，電流係流經該第二切換元件及於該第二態中，流經該第二切換元件的電流被遏止。類似該第一切換元件，該第二切換元件具有第一及第二端子。該第二切換元件之該第一端子係耦合該第一切換元件之該第二端子。該第一級聯倍增器也具有一第一及第二操作態用以提供一第一電位的一第一電路，及用以提供一第二電位的一第二電路，及一第一電容器網絡。此第一電容器網絡係耦合於該第一電路與該第一集合之切換元件間。其包括一集合之電容器，各個電容器具有一第一端子及一第二端子，該等第一端子係耦合成對該等切換元件間之擇定節點中之相對應一者。於此集合之電容器中的該等電容器間為第一及第二電容器，該等電容器之第二端子係DC耦合該第一電路，透過該第一電容器耦合該第一電路之一第三電容器，及耦合於該第二電路與該第一集合之切換元件間之一第二電容器。
於另一個面向中，本發明係有關於一種裝置包括一第一端子、一第二端子、及耦合於該等第一及第二端子間以使得於該第一端子的一電位係為於該第二端子的一電位之一倍數之一第一級聯倍增器。該第一級聯倍增器係包括一第一集合之切換元件，其中之一者係耦合該第一端子及其中之另一者係耦合該第二端子。此一第一集合之切換 元件包括第一及第二切換元件。該第一切換元件具有一第一及一第二端子，具有其中電流流經該第一切換元件的一第一態，及其中流經該第一切換元件的電流被遏止的一第二態。該第二切換元件也具有第一及第二態。於該第一態中，電流係流經該第二切換元件及於該第二態中，流經該第二切換元件的電流被遏止。類似該第一切換元件，該第二切換元件具有第一及第二端子。該第二切換元件之該第一端子係耦合該第一切換元件之該第二端子。該第一級聯倍增器也具有一第一及第二操作態用以提供一第一電位的一第一電路，及用以提供一第二電位的一第二電路，及一第一電容器網絡。此第一電容器網絡係耦合於該第一電路與該第一集合之切換元件間。該第一級聯倍增器也包括耦合於該第二電路與該第一集合之切換元件間之一第二電容器。該等第一及第二電容器網絡中之至少一者包括一集合之電容器，其各自具有一第一端子及一第二端子，該等第一端子係耦合成對該等切換元件間之擇定節點中之相對應一者。於此集合之電容器中的該等電容器間為第一及第二電容器，該等電容器之第二端子係DC耦合該第一電路，透過該第一電容器耦合該第一電路之一第三電容器。
於若干實施例中，該等第一及第二電容器網絡中之至少一者係為該第一電容器網絡。但於其它實施例中，該等第一及第二電容器網絡中之至少一者係為該第二電容器網絡。
若干實施例也包括一控制器。該控制器係經組配 以使得得自該等多個切換元件中之擇定的切換元件在該第一與第二態間過渡以使得於該第一端子的一電壓為於該第二端子的一電壓的一倍數。此種組態藉由提供至今為止控制器尚無法執行的新穎功能而造成控制器中的一實體變換。以可規劃控制器為例，此一組態可包括重新規劃該控制器，如此使得該控制器有效地變成一全新機器。
多個切換元件可用於不同實施例。舉例言之，於若干實施例中，該第一切換元件係包括一二極體，當該二極體係經正向偏壓時係位在該第一態，及當該二極體係經反向偏壓時係位在該第二態。但於其它實施例中，該第一切換元件係包括一開關。及於又其它實施例中，此第一切換元件係包括一電晶體。本發明之實施例也可包括選自於前述之任一項組合的切換元件。
於若干實施例中，該第二電路係經組配以提供於一特定或預先界定頻率於一第一態與一第二態間之一第二時變電位切換。實施例包括該第二時變電位與該第一時變電位間之各個相位差。但本發明之特定實施例包括其中該第二時變電位係為與該第一時變電位180度不同相位。於此等實施例中為該等實施例其中該第二電容器網絡係包括一集合之電容器，各個電容器具有一第一端子及一第二端子，該等第一端子係耦合成對該等切換元件間之擇定節點中之相對應一者，其中該集合之電容器係包括第一及第二電容器，該等電容器之第二端子係DC耦合該第二電路，及透過該第一電容器耦合該第二電路之一第三電容器。
但於其它實施例中，該第二電路只有一個態。
於又有其它實施例中，該級聯倍增器係進一步包括一第二集合之切換元件，其中之一者係耦合該第一端子，及其中之另一者係耦合該第二端子。該第二集合之切換元件包括第一及第二切換元件，二者皆具有第一及第二端子。各個切換元件具有第一及第二態。於該第一態中，電流流經該切換元件。於該第二態中流經該切換元件的電流被遏止。該第二切換元件的第一端子係耦合該第一切換元件的第二端子。本實施例之該級聯倍增器也包括提供第三電位的一第三電路。此第三電位係為於該特定頻率於一第一值與一第二值間過渡的一時變電位，及耦合於該第三電路與該第二集合之切換元件間之一第三電容器網絡。
於若干前述實施例中，該第三電容器網絡係包括一集合之電容器，各個電容器具有一第一端子及一第二端子，該等第一端子係耦合得自該第二集合之切換元件的成對該等切換元件間之擇定節點中之相對應一者。得自該第三電容器網絡的該集合之電容器係包括第一及第二電容器，該等電容器之第二端子係DC耦合該第三電路，及透過該第一電容器耦合該第三電路之一第三電容器。
該等實施例中包括也具有一控制器的實施例，該控制器係經組配以使得得自該集合之切換元件中之擇定的切換元件在該第一與第二態間過渡以使得於該第一端子的一電壓為於該第二端子的一電壓的一倍數。於若干實施例中，該倍數為整數。但於其它實施例中則否。
於若干實施例中，該第二電路係經組配以提供一恆定電位。
於其它實施例中，該第二電路係經組配以提供一第二時變電位，第二時變電位係在於一特定頻率的一第一值與一第二值間切換。該等實施例中包括實施例其中該第二電容器網絡係包括一集合之電容器，各個電容器具有一第一端子及一第二端子，該等第一端子係耦合成對該等切換元件間之擇定節點中之相對應一者，其中該集合之電容器係包括第一及第二電容器，該等電容器之第二端子係DC耦合該第二電路，及透過該第一電容器耦合該第二電路之一第三電容器。
於另一面向中，本發明之特徵在於一種包括一級聯倍增器的裝置。此種級聯倍增器係包括具有切換元件的一切換式網絡、一相位泵、及耦合該相位泵的及耦接至該切換式網絡的一泵電容器網絡。該泵電容器網絡係包括第一及第二電容器，第二端子係DC耦合該相位泵，及透過該第一電容器耦合該相位泵之一第三電容器。
若干實施例也包括一控制器經組配以使得擇定的切換元件在該第一與第二態間過渡以使得於該第一端子的一電壓為於該第二端子的一電壓的一倍數。
於又其它實施例中，該裝置具有一收發器、一處理器、及接收來自該級聯倍增器的電源DC或AC的一記憶體。此種裝置可為一小區式電話、一智慧型手機一電腦含平板電腦、及一遊戲機。
於另一面向中，本發明之特徵在於一種包括一級聯倍增器的裝置。此種級聯倍增器係包括具有切換元件的一切換式網絡、一相位泵、及耦接至該切換式網絡之第一及第二電容器網絡，其中該等第一及第二網絡中之至少一者係包括耦合該相位泵的及耦接至該切換式網絡的一泵電容器網絡，及其中該等第一及第二電容器網絡中之至少一者係包括第一及第二電容器、其第二端子係DC耦合該相位泵，及透過該第一電容器耦合該相位泵之一第三電容器。
於若干實施例中，該第一電容器網絡為一泵電容器網絡。於其它實施例中，該第一電容器網絡為一DC電容器網絡。
6A1-2、6B1-2‧‧‧相位泵
14‧‧‧電壓源
16A‧‧‧級聯倍增器
18‧‧‧負載
20‧‧‧控制器
22A‧‧‧切換式網絡
24A、26A‧‧‧泵電容器網絡
28A‧‧‧DC電容器網絡
BA1‧‧‧第一泵匯流排
BAZ‧‧‧第一DC匯流排
CA‧‧‧泵電容器
CAZ‧‧‧DC電容器
D1-7‧‧‧二極體
N1-3‧‧‧中間節點
NA‧‧‧切換節點
NAZ‧‧‧DC節點
NB‧‧‧底節點
NT‧‧‧頂節點
P1-2、PA1-2、PB1-2‧‧‧泵節點
VDC‧‧‧直流電壓
VIN‧‧‧輸入電壓
VO‧‧‧輸出電壓
此處描述的電路及技術之前述特徵從後文圖式之詳細說明部分將更完整地瞭解，附圖中：圖1A-1B顯示兩個已知級聯倍增器；圖2A顯示一串聯電容器網絡組態；圖2B顯示一並聯電容器網絡組態；圖2C顯示一新穎電容器網絡組態；圖3顯示具有圖2C之該電容器網絡組態的一級聯倍增器；圖4A-4C顯示各種新穎電容器網絡組態；圖5A顯示一單相級聯倍增器之方塊圖；圖5B顯示圖5A所示該級聯倍增器之一特定具現；圖6A顯示一單相級聯倍增器之另一方塊圖； 圖6B顯示圖6A所示該級聯倍增器之一特定具現；圖7A顯示一雙相級聯倍增器之方塊圖；圖7B顯示圖7A所示該級聯倍增器之一特定具現；圖8A顯示一雙相級聯倍增器之另一方塊圖；圖8B顯示圖8A所示該級聯倍增器之一特定具現。
較佳實施例之詳細說明
本文揭示描述在級聯倍增器型切換電容器轉換器內部控制電容器的電壓應力之方法。
在電容器間之電壓應力分布連同通過電容器的最大及最小電壓應力乃級聯倍增器型別及電容器網絡組態之函數。舉例言之，如圖1A顯示的串聯堆疊泵電容器CA11-CA13造成一電壓應力其在該等泵電容器CA11-CA13間為一致且相等。相反地，如圖1B顯示的並聯堆疊泵電容器CA11-CA13造成電壓應力其在該等泵電容器CA11-CA13間為不一致且不相等。
在描述級聯倍增器的數個具體實施例之前，須瞭解為了努力地促進構思解說上的清晰，偶爾於此處述及特定級聯倍增器。須瞭解此等引述僅為舉例說明而不應解譯為限制性。於研讀此處提供之描述後，熟諳技藝人士將瞭解如何應用此處描述之構思以提供特定級聯倍增器。
須瞭解偶爾於此處述及特定輸入電壓及輸出電壓以及特定變換電壓比。須瞭解此等引述僅為舉例說明而不應解譯為限制性。
偶爾於此處也述及特定應用。須瞭解此等引述僅為舉例說明而不應解譯為限制此處描述的構思於特定應用。
如此，雖然此處提供之描述係於特定電路或特定應用或特定電壓之脈絡解釋本發明構思，但熟諳技藝人士將瞭解該等構思同等地適用於其它電路或應用或電壓。
此處描述之實施例至少部分地仰賴認知於級聯倍增器家族內部，電容器可經組配成使得在該等電容器間之電壓應力的分布係連同通過電容器的最大及最小電壓應力一起控制。此點係藉形成串聯電容器網絡組態與並聯電容器網絡組態的新穎組合而達成。
於圖1A中，泵電容器CA11-CA13可結合群組成為電容器網絡。同理，DC電容器CAZ1-CAZ3可結合群組成為電容器網絡。概略言之，級聯倍增器16A包括二或多個電容器網絡。三個不同電容器網絡係顯示於圖2A-2C。各個電容器網絡包括三個電容器C1、C2、CT、一底節點NB、一頂節點NT、及中間節點N1、N2。
「耦合」一詞的使用暗示元件可直接地連結在一起或可透過一或多個中介元件諸如電阻器、電容器、或開關而耦合。此外，於DC耦合中，係許可DC信號通過。
於圖2A中電容器係串聯。如此處使用，串聯電容器網絡組態只包括一個電容器具有只耦合底節點NB的一終端DC。串聯電容器網絡組態之一實施例係顯示於圖1A，於該處泵電容器CA11-CA13係串聯泵節點P1。
相反地，圖2B的電容器係為並聯。如此處使用，並聯電容器網絡組態只包括具有只耦合底節點NB的一終端DC的電容器。並聯電容器網絡組態之一實施例係顯示於圖1B，於該處泵電容器CA11-CA13係並聯泵節點P1。
圖2C顯示具有三個電容器之一電容器網絡的新穎實施例。圖2C顯示的實施例包括耦接於第一中間節點N1與底節點NB間之一第一電容器C1、耦接於第二中間節點N2與底節點NB間之一第二電容器C2、及耦接於頂節點NT與第二中間節點N2間之一頂電容器CT。
概略言之，電容器網絡包括一電容器集合、一頂節點NT、一底節點NB、及一中間節點集合。該頂節點NT係在最高電位，該底節點NB係在最低電位，及該中間節點係在該頂節點NT之電位與該底節點NB之電位間之一電位。此外，頂及底節點NT、NB係在一個態或係在兩態之間交替，而中間節點係耦合至在兩態之間交替的節點。
利用得自圖2C之新穎電容器網絡的級聯倍增器16A係示例說明於圖3。級聯倍增器16A係經由使用圖2C顯示的電容器網絡置換圖1B的第一泵電容器CA11-CA13集合組成及係經由使用圖2C顯示的電容器網絡置換圖1B的第二泵電容器CA21-CA23集合組成。
圖3中級聯倍增器16A的操作係類似連結圖1B所述。通過泵電容器CA11、CA12、CA13的電壓應力分別地為1伏特、3伏特及2伏特。同理，通過泵電容器CA21、CA22、CA23的電壓應力分別地為2伏特、4伏特及2伏特。因此， 與圖1B之6伏特相反地，於圖3中通過任何泵電容器的最大電壓應力為4伏特。
具有更多個電容器的另三個新穎實施例係顯示於圖4A-4C。各個電容器網絡包括四個電容器C1、C2、C3、CT、一頂節點NT、一底節點NB、及三個中間節點N1-N3。又復，中間節點N1、N2、N3及頂節點NT分別地係耦接電容器C1、C2、C3、CT的正端子。
電容器網絡之較佳實施例係示例說明於圖4A。該電容器網絡包括耦接於第一中間節點N1與底節點NB間之一第一電容器C1、耦接於第二中間節點N2與底節點NB間之一第二電容器C2、耦接於第三中間節點N3與第二中間節點N2間之一第三電容器C3、及耦接於頂節點NT與第三中間節點N3間之一頂電容器CT。
電容器網絡之較佳實施例係示例說明於圖4B。該電容器網絡包括耦接於第一中間節點N1與底節點NB間之一第一電容器C1、耦接於第二中間節點N2與底節點NB間之一第二電容器C2、耦接於第三中間節點N3與第二中間節點N2間之一第三電容器C3、及耦接於頂節點NT與第二中間節點N2間之一頂電容器CT。
電容器網絡之較佳實施例係示例說明於圖4C。該電容器網絡包括耦接於第一中間節點N1與底節點NB間之一第一電容器C1、耦接於第二中間節點N2與底節點NB間之一第二電容器C2、耦接於第三中間節點N3與第一中間節點N1間之一第三電容器C3、及耦接於頂節點NT與第二中 間節點N2間之一頂電容器CT。
一般而言，於電容器網絡中的各個電容器的正端子係耦合一頂節點NT或一中間節點。舉例言之，頂電容器CT的正端子係耦合一頂節點NT，第一電容器C1的正端子係耦合一第一中間節點N1，第二電容器C2的正端子係耦合一第二中間節點N2等等。於電容器網絡中的各個電容器的負端子係耦合於電容器網絡內部的係在比其正端子更低電壓的任何其它電容器端子。
除了於圖4A-4C顯示的三個先前描述之較佳實施例外，有具有四個電容器之新穎電容器網絡的無數其它可能組態。電容器網絡的可能組態數目為N階乘，於該處N為電容器網絡中的電容器數目。如此包括圖2A顯示的串聯情況及圖2B顯示的並聯情況。因此，新穎電容器網絡之數目為N階乘減2。
四個通用級聯倍增器16A係示例說明於圖5A-8A。利用新穎電容器網絡的各個通用級聯倍增器16A之一特定具現係顯示於圖5B-8B。於各個具現中，泵電容器網絡24A、24B、26A、26B使用圖2C及圖4A-4C所示四個新穎電容器網絡中之一者。此外，圖5B中之DC電容器網絡28A使用圖4A所示新穎電容器網絡。
包括圖1A中電路作為一種的通用單相級聯倍增器16A之一方塊圖係示例說明於圖5A。通用單相級聯倍增器16A包括至少四個組件：一切換式網絡22A、一泵電容器網絡24A、一DC電容器網絡28A、及一相位泵6A1。此外， 一控制器20可用以產生適當控制信號。
切換式網絡22A之輸入係耦合一電壓源14，而切換式網絡22A之輸出係耦合一負載18。切換式網絡22A包括串接的一串開關。至少一個電容器係耦合在該切換式網絡22A中的相鄰開關間之一節點。
於泵電容器網絡24A中，各個泵電容器之一端係透過一泵匯流排BA1而耦合切換式網絡22A。各個泵電容器之另一端係透過一泵節點PA1而耦合相位泵6A1。同理，於DC電容器網絡28A中，各個DC電容器之一端係透過一DC匯流排BZA而耦合切換式網絡22A。各個DC電容器之另一端係耦合DC電壓。來自級聯倍增器16A之輸出DC電壓的一個方便選擇係來自級聯倍增器16A之輸出。
相位泵6A1具有第一態及第二態。於該第一態中，該相位泵6A1的輸出為低，及於該第二態中，該相位泵6A1的輸出為高。於操作期間，該相位泵6A1係以特定頻率在該第一態與第二態間循環。
切換式網絡22A與相位泵6A1為同步化，使得當泵電容器網絡24A係藉該相位泵6A1重複地充電及放電時，電荷包裝係沿該切換式網絡22A穿梭。電荷在泵電容器網絡24A與DC電容器網絡28A間來回地傳送。須耗用多個週期初始電荷才能從電壓源14到達負載18。泵電容器網絡24A提供電壓變換，而DC電容器網絡28A係用作為泵電容器網絡24A的中間儲存裝置。
圖5A顯示的通用單相級聯倍增器16A係為圖1A 的級聯倍增器16A之通泛化。圖5A中之各個組件係相對應於圖1A的二極體之串聯。圖5A之切換式網絡22A係相對應於圖1A之二極體D1-D6。圖5A之泵電容器網絡24A係相對應於圖1A之泵電容器CA11-CA13的串聯組態。圖5A之DC電容器網絡28A係相對應於圖1A之DC電容器CZ1-CZ3的串聯組態。
於後述情況下圖1A的二極體D1-D6可由開關置換。當相對應二極體許可電流流動時，該開關被開啟，及當相對應二極體遏止電流流動時，該開關被關閉。如此處使用，電流遏止表示電流的流動被消除或衰減。
圖5B為圖5A更通用地示例說明的級聯倍增器16A之通泛化。級聯倍增器16A接收來自電壓源14的一輸入電壓VIN，及產生一輸出電壓VO，其乃輸入電壓VIN的五分之一。泵電容器網絡24A及DC電容器網絡28A利用圖4A顯示的電容器網絡組態。泵電容器網絡24A包括負責提供電壓變換的第一、第二、第三及第四泵電容器CA11、CA12、CA13、CA14。相反地，DC電容器網絡28A包括負責產生DC電壓位準的第一、第二、第三及第四DC電容器CAZ1、CAZ2、CAZ3、CAZ4。
於切換式網絡22A及相位泵6A1中的全部裝置係使用開關具現。相位泵6A1係在一特定頻率於第一時間間隔與第二時間間隔之間循環。於第一時間間隔期間於泵節點PA1的電壓為地電位。相反地，於第二時間間隔期間於泵節點PA1的電壓為輸出電壓VO。
假設VIN等於5伏特，則電路之操作如下。於第一時間間隔期間，標示為「1」的開關為關閉，標示為「2」的開關為開啟，及於泵節點PA1的電壓為零伏特。結果，泵電容器CA11-CA14被放電，而DC電容器CAZ1-CAZ4被充電。
於第一時間間隔之後的第二時間間隔期間，標示為「1」的開關為開啟，標示為「2」的開關為關閉，及於泵節點PA1的電壓為壹伏特。結果，泵電容器CA11-CA14被充電，而DC電容器CAZ1-CAZ4被放電。
通過第二泵電容器CA12及第二DC電容器CAZ2的電壓應力為2伏特，而通過各個其餘電容器的電壓應力為1伏特。結果，最大電壓應力為2伏特，在泵電容器CA11-CA14及DC電容器CAZ1-CAZ4間有相當一致的電壓應力分布。
另一個通用單相級聯倍增器16A之方塊圖係以如圖6A示例說明的一第二泵電容器網絡26A及一第二相位泵6A2置換圖5A的DC電容器網絡28A。除了該第二泵電容器網絡26A及第二相位泵6A2之外，結果所得通用單相級聯倍增器16A包括一切換式網絡22A、一第一泵電容器網絡24A、及一第一相位泵6A1。此外，控制器20可用以產生合宜控制信號。
切換式網絡22A之輸入係耦合電壓源14，而切換式網絡22A的輸出係耦合負載18。切換式網絡22A包括一串串接的開關。至少一個電容器係耦合在切換式網絡22A中的 相鄰開關間的一節點。
於該第一泵電容器網絡24A中，各個泵電容器的一端係透過一第一泵匯流排BA1耦合切換式網絡22A。於該第一泵電容器網絡24A中，各個泵電容器的另一端係在一第一泵節點PA1耦合該第一相位泵6A1。同理，於該第二泵電容器網絡26A中，各個泵電容器的一端係透過一第二泵匯流排BA2耦合切換式網絡22A。於該第二泵電容器網絡26A中，各個泵電容器的另一端係在一第二泵節點PA2耦合該第二相位泵6A2。
該等第一及第二相位泵6A1、6A2具有第一態及第二態。於第一態中，第一相位泵6A1的輸出為低及第二相位泵6A2的輸出為高。於第二態中，第一相位泵6A1的輸出為高及第二相位泵6A2的輸出為低。於操作期間，相位泵6A1、6A2係以特定頻率在該第一態與第二態間循環。
切換式網絡22A、第一相位泵6A1及第二相位泵6A2同步化使得當該等第一及第二泵電容器網絡24A、26A藉該等第一及第二相位泵6A1、6A2重複地充放電時，電荷包裝沿切換式網絡22A穿梭。電荷在第一泵電容器網絡24A與第二泵電容器網絡26A間來回傳送。須耗用多個週期初始電荷才能從電壓源14到達負載18。
圖6A顯示的通用單相級聯倍增器16A乃圖1B的級聯倍增器16A之通泛化。圖6A之各個組件係相對應於圖1B的對偶。圖6A之切換式網絡22A係相對應於圖1B的二極體D1-D7的串聯。圖6A之第一泵電容器網絡24A係相對應於 圖1B的泵電容器CA11-CA13之並聯組態。圖6A之第二泵電容器網絡26A係相對應於圖1B的泵電容器CA21-CA23之並聯組態。最後，圖6A的該等第一及第二相位泵6A1、6A2係未顯示於圖1B。
圖1B中的二極體D1-D7為開關的特定組態。如同開關般，二極體具有一導通態及一關閉態。為了產生更通俗的表示型態，圖1B中的二極體D1-D7可以開關置換。各個開關需適當控制以讓級聯倍增器16A操作。
圖6B為於圖6A中更加概略地示例說明的級聯倍增器16A之新穎具現。級聯倍增器16A從電壓源14接收一輸入電壓VIN，及產生為輸入電壓VIN的1/8之輸出電壓VO。第一泵電容器網絡24A利用圖4C顯示的電容器網絡組態，而第二泵電容器網絡26A利用圖2C顯示的電容器網絡組態。該第一泵電容器網絡24A包括第一、第二、第三及第四泵電容器CA11、CA12、CA13、CA14。同理該第二泵電容器網絡26A包括第五、第六及第七泵電容器CA21、CA22、CA23。
於切換式網絡22A、第一相位泵6A1及第二相位泵6A2中的全部裝置係使用開關具現。第一及第二相位泵6A1、6A2係在一特定頻率於第一時間間隔與第二時間間隔之間循環。於第一時間間隔期間，於第一泵節點PA1的電壓為地電位，及於第二泵節點PA2的電壓為輸出電壓VO。相反地，於第二時間間隔期間，於第一泵節點PA1的電壓為輸出電壓VO，及於第二泵節點PA2的電壓為地電位。
假設VIN等於8伏特，則電路之操作如下。於第一時間間隔期間，標示為「1」的開關為關閉，標示為「2」的開關為開啟，於第一泵節點PA1的電壓為零伏特，及於第二泵節點PA2的電壓為壹伏特。結果，泵電容器CA11-CA14被放電，而泵電容器CA21-CA23被充電。
於第一時間間隔之後的第二時間間隔期間，標示為「1」的開關為開啟，標示為「2」的開關為關閉，於第一泵節點PA1的電壓為壹伏特，及於第二泵節點PA2的電壓為零伏特。結果，泵電容器CA11-CA14被充電，而泵電容器CA21-CA23被放電。
通過第一、第二、第五及第七泵電容器CA11、CA12、CA21、CA23的電壓應力分別地為1伏特、3伏特、2伏特、及2伏特。而通過各個其餘電容器的電壓應力為4伏特。結果，最大電壓應力為4伏特，在該等泵電容器間有中度電壓應力分布。
於圖5A、6A示例說明的單相級聯倍增器16A中，有一段時間週期於該期間電壓源14不耦合負載18。但若兩個單相級聯倍增器16A係並聯且180度不同相位操作，則在任何給定時間電壓源14將經常性地耦合負載18。此種組態係稱作為二相或雙相級聯倍增器16A。
根據圖5A之通用單相級聯倍增器16A，如圖7A顯示可構成一通用雙相級聯倍增器16A。該通用雙相級聯倍增器16A包括一第一切換式網絡22A、一第二切換式網絡22B、一第一泵電容器網絡24A、一第二泵電容器網路24B、 一第一相位泵6A1、一第二相位泵6A2、一第一DC電容器網絡28A、及第二DC電容器網絡28B。此外，控制器20可用以產生適當控制信號。
第一泵電容器網絡24A係在第一泵節點PA1耦合第一相位泵6A1，及透過第一泵匯流排BA1耦合第一切換式網絡22A。同理，第二泵電容器網絡24B係在第二泵節點PB2耦合第二相位泵6B2，及透過第二泵匯流排BB2耦合第二切換式網絡22B。此外，第一DC電容器網絡28A係透過第一DC匯流排BAZ耦合第一切換式網絡22A及耦合第一DC電壓。同時，第二DC電容器網絡28B係透過第二DC匯流排BBZ耦合第二切換式網絡22B及耦合第二DC電壓。如前述，第一及/或第二DC電壓中之一個方便選擇係來自於該級聯倍增器16A的輸出。
第一相位泵6A1之輸出係提供於第一泵節點PA1，及第二相位泵6B2之輸出係提供於第二泵節點PB2。於第一泵節點PA1的信號與於第二泵節點PB2的信號係為180度不同相位。結果，每當第一泵節點PA1為高時，第二泵節點PB2為低，反之亦然。
圖7B為圖7A示例說明的運用圖4B顯示之電容器網絡組態之通用雙相級聯倍增器16A的新穎具現。第一泵電容器網絡24A包括第一、第二、第三及第四泵電容器CA11、CA12、CA13、CA14。同理，第二泵電容器網絡24B包括第五、第六、第七及第八泵電容器CB11、CB12、CB13、CB14。
若在第一及第二DC電容器網絡28A、28B內部通 過相對應DC電容器的電壓係在相同DC電壓，則圖7A中的第一及第二DC電容器網絡28A、28B可合併。因此，於圖7A中的第一及第二DC電容器網絡28A、28B係被圖7B的第三DC電容器網絡28AB置換。第三DC電容器網絡28AB包括第一、第二及第三DC電容器CZ1、CZ2、CZ3。類似第一及第二DC電容器網絡28A、28B，第三DC電容器網絡28AB產生DC電壓位準。
雙相級聯倍增器16A從電壓源14接收輸入電壓VIN，及維持為輸入電壓VIN的五分之一的一輸出電壓VO。於第一切換式網絡22A、第二切換式網絡22B、第一相位泵6A1及第二相位泵6B2中的全部裝置皆係使用開關具現。第一及第二相位泵6A1、6B2係使用該輸出電壓VO及地電位以產生在一特定頻率於第一及第二時間間隔重複的電壓。
假設輸入電壓VIN係等於5伏特，電路的操作如下。於第一時間間隔期間，標示為「1」的開關為關閉，標示為「2」的開關為開啟，於第一泵節點PA1的電壓為零伏特，及於第二泵節點PB2的電壓為壹伏特。結果，泵電容器CA11-CA14被放電，而泵電容器CB11-CB14被充電。理想上，DC電容器CZ1-CZ3既不被充電也不被放電，原因在於第一、第二、第三及第四泵電容器CA11、CA12、CA13、CA14的放電電流分別地匹配第五、第六、第七及第八泵電容器CB11、CB12、CB13、CB14的充電電流。
於第一時間間隔期間，標示為「1」的開關為開 啟，標示為「2」的開關為關閉，於第一泵節點PA1的電壓為壹伏特，及於第二泵節點PB2的電壓為零伏特。結果，泵電容器CA11-CA14被充電，而泵電容器CB11-CB14被放電。理想上，DC電容器CZ1-CZ3既不被充電也不被放電，原因在於第一、第二、第三及第四泵電容器CA11、CA12、CA13、CA14的充電電流分別地匹配第五、第六、第七及第八泵電容器CB11、CB12、CB13、CB14的放電電流。
通過第一、第三、第五及第七泵電容器CA11、CA13、CB11、CB13的電壓應力為1伏特，而通過各個其餘電容器的電壓應力為2伏特。結果，最大電壓應力為2伏特，在該等泵電容器間有相當均勻的電壓應力分布。
另一個通用雙相級聯倍增器16A係顯示於圖8A。圖8A的具現係基於圖6A中該通用單相級聯倍增器16A。因此，通用雙相級聯倍增器16A包括一第一切換式網絡22A、一第二切換式網絡22B、一第一泵電容器網絡24A、一第二泵電容器網絡26A、一第三泵電容器網路24B、一第四泵電容器網絡26B、一第一相位泵6A1、一第二相位泵6A2、一第三相位泵6B2、一第四相位泵6B1。此外，控制器20可用以產生適當控制信號。
第一泵電容器網絡24A係在第一泵節點PA1耦合第一相位泵6A1及通過第一泵匯流排BA1耦合第一切換式網絡22A。同理，第二泵電容器網絡26A係在第二泵節點PA2耦合第二相位泵6A2及通過第二泵匯流排BA2耦合第一切換式網絡22A。此外，第三泵電容器網絡24B係在第三泵節 點PB2耦合第三相位泵6B2及通過第三泵匯流排BB2耦合第二切換式網絡22B。同理，第四泵電容器網絡26B係在第四泵節點PB1耦合第四相位泵6B1及通過第四泵匯流排BB1耦合第二切換式網絡22B。
第一、第二、第三及第四相位泵6A1、6A2、6B2、6B1的輸出分別地係於第一、第二、第三及第四泵節點PA1、PA2、PB2、PB1提供。於該等第一及第二泵節點PA1、PA2的信號的相位相反。同理，第三及第四泵節點PB2、PB1的信號的相位相反。然而，於第一及第四泵節點PA1、PB1的信號係為同相位。因此，每當該第一及第四泵節點PA1、PB1為高時，該第二及第三泵節點PA2、PB2為低，及反之亦然。此外，由於相位對齊之故，該第一及第四相位泵6A1、6B1可為相同實體泵或在同相位的不同泵。同理，該第二及第三相位泵6A2、6B2可為相同實體泵或在同相位的不同泵。
圖8B為於圖8A中示例說明的利用圖4C所示電容器網絡組態之通用雙相級聯倍增器16A之新穎具現。第一泵電容器網絡24A包括第一、第二、第三及第四泵電容器CA11、CA12、CA13、CA14。第二泵電容器網絡26A包括第五、第六、第七及第八泵電容器CA21、CA22、CA23、CA24。第三泵電容器網絡24B包括第9、第10、第11及第12泵電容器CB11、CB12、CB13、CB14。最後，第四泵電容器網絡26B包括第13、第14、第15及第16泵電容器CB21、CB22、CB23、CB24。
雙相級聯倍增器16A從電壓源14接收輸入電壓VIN，及維持為輸入電壓VIN的九分之一的一輸出電壓VO。於第一切換式網絡22A、第二切換式網絡22B、相位泵6A1、6A2、6B2、6B1中的全部裝置皆係使用開關具現。該等四個相位泵6A1、6A2、6B2、6B1係使用該輸出電壓VO及地電位以產生在一特定頻率於第一及第二時間間隔重複的電壓。
假設輸入電壓VIN係等於9伏特，電路的操作如下。於第一時間間隔期間，標示為「1」的開關為關閉，標示為「2」的開關為開啟，於第一及第四泵節點PA1、PB1的電壓為零伏特，及於第二及第三泵節點PA2、PB2的電壓為壹伏特。結果，泵電容器CA11-CA14、CB21-CB24被放電，而泵電容器CA21-CA24、CB11-CB14被充電。
於第一時間間隔後的該第二時間間隔期間，標示為「1」的開關為開啟，標示為「2」的開關為關閉，於第一及第四泵節點PA1、PB1的電壓為壹伏特，及於第二及第三泵節點PA2、PB2的電壓為零伏特。結果，泵電容器CA11-CA14、CB21-CB24被充電，而泵電容器CA21-CA24、CB11-CB14被放電。
通過第一及第九泵電容器CA11、CB11的電壓應力為1伏特。通過第二及第十泵電容器CA12、CB12的電壓應力為3伏特。通過第五及第十三泵電容器CA21、CB21的電壓應力為2伏特。最後，通過各個其餘泵電容器的電壓應力為4伏特。結果，最大電壓應力為4伏特，在該等泵電容 器間有中度電壓應力分布。
概略言之，含括於第一及第二切換式網絡22A、22B內部的開關具有開啟態及關閉態。同理，含括於第一相位泵6A1、第二相位泵6A2、第三相位泵6B2等內部的開關也具有開啟態及關閉態。於開啟態中電流流經開關，而於關閉態中流經開關的電流被遏止。此等開關之實施例包括二極體、電晶體、真空管、及微機電繼電器。
即便圖5A、6A、7A及8A示例說明在級聯倍增器家族內部的四型通用切換電容器轉換器，但仍有其它可能的變化。例如，熟諳技藝人士將瞭解相位數目增加超過兩個或動態重新組配級聯倍增器16A的變換比。
此外，除了圖5B、6B、7B及8B顯示者之外，其它電路具現亦屬可能。舉例言之，各個電路具現係設計成將較高輸入電壓VIN轉換成較低輸出電壓VO。但熟諳技藝人士將瞭解如何產生相對應的電路具現其係將較低輸入電壓VIN轉換成較高輸出電壓VO。
此外，在第一區間與第二區間之間及隨後地在第二區間與第一區間之間也可含括一停滯時間區間。為了確保乾淨俐落的過渡，於該停滯時間區間期間全部開關皆係在關閉態。此項技術常稱作為「先斷後連」。
此處業已描述開關電容器轉換器的多個特徵、面向及實施例。如熟諳技藝人士將瞭解，所描述的該等特徵、面向及實施例係對彼此組合敏感以及對變異及修正敏感。因此，本文揭示須考慮為涵蓋此等組合、變異及修正。此 外，此處採用的術語及表示法係用作為描述詞而非限制性。當使用此等術語及表示法時絕非意圖排除所顯示的及所描述的特徵之任何相當例(或其部分)，須瞭解於申請專利範圍各項之範圍內可做出多項修改。其它修改、變化及替代亦屬可能。據此，申請專利範圍各項意圖涵蓋全部此等相當例。
業已描述本發明及其較佳實施例，本發明請求為新穎及保護的申請專利範圍各項為：
6A1‧‧‧相位泵
14‧‧‧電壓源
16A‧‧‧級聯倍增器
18‧‧‧負載
20‧‧‧控制器
22A‧‧‧切換式網絡
24A‧‧‧泵電容器網絡
28A‧‧‧DC電容器網絡
BA1‧‧‧第一泵匯流排
BAZ‧‧‧第一DC匯流排
PA1‧‧‧第一泵節點
VDC‧‧‧直流電壓
VIN‧‧‧輸入電壓
VO‧‧‧輸出電壓

Claims (44)

  1. 一種包含一第一端子、一第二端子、及耦合於該等第一及第二端子間以使得於該第一端子的一電位係為於該第二端子的一電位之一倍數之一第一級聯倍增器的裝置，該第一級聯倍增器係包含一第一集合之切換元件，其中之一者係耦合該第一端子及其中之另一者係耦合該第二端子，該第一集合之切換元件包含一第一切換元件具有其中電流流經該第一切換元件的一第一態，及其中流經該第一切換元件的電流被遏止的一第二態，該第一切換元件具有一第一端子及一第二端子，一第二切換元件具有其中電流流經該第二切換元件的一第一態，及其中流經該第二切換元件的電流被遏止的一第二態，該第二切換元件具有一第一端子及一第二端子，該第二切換元件之該第一端子係耦合該第一切換元件之該第二端子，具有一第一及第二操作態用以提供一第一時變電位的一第一電路，用以提供一第二電位的一第二電路，耦合於該第一電路與該第一集合之切換元件間之一第一電容器網絡，及耦合於該第二電路與該第一集合之切換元件間之一第二電容器網絡，其中該第一電容器網絡與該第二電容器網絡中之至少一者係包含一集合之電容器，各個電容器具有一第一端子及一第二端子，該等第一端子係耦合成對該等切換元件間之擇定節點中之相對應一者，其中該集合之電容器係包含第一及第二電 容器，該等電容器之第二端子係DC耦合該第一電路，及透過該第一電容器耦合該第一電路之一第三電容器。
  2. 如請求項1之裝置，其中該第一電容器網絡及該第二電容器網絡中之至少一者係包含該第一電容器網絡。
  3. 如請求項1之裝置，其中該第一電容器網絡及該第二電容器網絡中之至少一者係包含該第二電容器網絡。
  4. 如請求項1之裝置，其係進一步包含一控制器經組配以使得得自該等多個切換元件中之擇定的切換元件在該第一與第二態間過渡以使得於該第一端子的一電壓為於該第二端子的一電壓的一倍數。
  5. 如請求項1之裝置，其中該第一切換元件係包含一二極體，其中當該二極體係經正向偏壓時係位在該第一態，及其中當該二極體係經反向偏壓時係位在該第二態。
  6. 如請求項1之裝置，其中該第一切換元件係包含一開關。
  7. 如請求項1之裝置，其中該第一切換元件係包含一電晶體。
  8. 如請求項1之裝置，其中該第二電路係經組配以提供一第二時變電位，該第二時變電位係於一特定頻率在一第一態與一第二態間切換。
  9. 如請求項8之裝置，其中該第二時變電位係為與該第一時變電位180度不同相位。
  10. 如請求項1之裝置，其中該第二電路係具有一個態。
  11. 如請求項9之裝置，其中該第二電容器網絡係包含一集合之電容器，各個電容器具有一第一端子及一第二端 子，該等第一端子係耦合成對該等切換元件間之擇定節點中之相對應一者，其中該集合之電容器係包含第一及第二電容器，該等電容器之第二端子係DC耦合該第二電路，及透過該第一電容器耦合該第二電路之一第三電容器。
  12. 如請求項1之裝置，其中該級聯倍增器係進一步包含一第二集合之切換元件，其中之一者係耦合該第一端子及其中之另一者係耦合該第二端子，該第二集合之切換元件包含一第一切換元件具有其中電流流經該第一切換元件的一第一態，及其中流經該第一切換元件的電流被遏止的一第二態，該第一切換元件具有一第一端子及一第二端子，及一第二切換元件具有其中電流流經該第二切換元件的一第一態，及其中流經該第一切換元件的電流被遏止的一第二態，該第二切換元件具有一第一端子及一第二端子，該第二切換元件之該第一端子係耦合該第一切換元件之該第二端子，具有一第一及第二操作態用以提供一第三電位的一第三電路，及耦合於該第三電路與該第二集合之切換元件間之一第三電容器網絡。
  13. 如請求項12之裝置，其中該第三電容器網絡係包含一集合之電容器，各個電容器具有一第一端子及一第二端子，該等第一端子係耦合得自該第二集合之切換元件的成對該等切換元件間之擇定節點中之相對應一者，其中得自該第三電容器網絡的該集合之電容器係包含第一及第二電容器，該等電容器之第二端子係DC耦合該第 三電路，及透過該第一電容器耦合該第三電路之一第三電容器。
  14. 如請求項12之裝置，其係進一步包含一控制器經組配以使得得自該集合之切換元件中之擇定的切換元件在該第一與第二態間過渡以使得於該第一端子的一電壓為於該第二端子的一電壓的一倍數。
  15. 如請求項12之裝置，其中該第二電路係經組配以提供一恆定電位。
  16. 如請求項12之裝置，其中該第二電路係經組配以提供一第二時變電位，第二時變電位係在於一特定頻率的一第一值與一第二值間切換。
  17. 如請求項16之裝置，其中該第二電容器網絡係包含一集合之電容器，各個電容器具有一第一端子及一第二端子，該等第一端子係耦合成對該等切換元件間之擇定節點中之相對應一者，其中該集合之電容器係包含第一及第二電容器，該等電容器之第二端子係DC耦合該第二電路，及透過該第一電容器耦合該第二電路之一第三電容器。
  18. 一種包含一級聯倍增器的裝置，該級聯倍增器係包含具有切換元件的一切換式網絡、一相位泵、及耦接至該切換式網絡之第一及第二電容器網絡，其中該等第一及第二網絡中之至少一者係包含耦合該相位泵的及耦接至該切換式網絡的一泵電容器網絡，及其中該等第一及第二電容器網絡中之至少一者係包含第一及第二電容 器、其第二端子係DC耦合該相位泵，及透過該第一電容器耦合該相位泵之一第三電容器。
  19. 如請求項18之裝置，其係進一步包含一控制器經組配以使得擇定的切換元件在該第一與第二態間過渡以使得於該第一端子的一電壓為於該第二端子的一電壓的一倍數。
  20. 如請求項19之裝置，其係進一步包含一收發器經組配以接收來自該級聯倍增器的能量。
  21. 如請求項19之裝置，其係進一步包含一記憶體元件經組配以接收來自該級聯倍增器的能量。
  22. 如請求項18之裝置，其中該第一電容器網絡係包含一泵電容器網絡。
  23. 如請求項18之裝置，其中該第一電容器網絡係包含一DC電容器網絡。
  24. 一種包含一第一端子、一第二端子、及耦合於該等第一及第二端子間之一第一級聯倍增器，該第一級聯倍增器係包含一第一集合之切換元件，一相位泵，一提供一電位之電路，一第一電容器網絡，及一第二電容器網絡，其中該第一集合之切換元件係包含在該第一端子與該第二端子間串聯的一串切換元件， 其中該相位泵係具有第一及第二操作態以提供一第一時變電位，其中該第一電容器網絡係耦合於該相位泵與該第一集合之切換元件間，及其中該第二電容器網絡係耦合於該電路與該第一集合之切換元件間，其中選自於由該第一電容器網絡及該第二電容器網絡所組成的該組群中之至少一個電容器之網絡係包含一集合之電容器，各個電容器具有一第一端子及一第二端子，該等第一端子係DC耦合於該串切換元件中的成對切換元件間之擇定節點中之相對應一者，其中若該電容器之網絡係經選擇為該第一電容器網絡，則該集合之電容器包含第一及第二電容器，其第二端子係於一節點DC耦合該相位泵，及透過該第一電容器耦合該相位泵之一第三電容器，及其中若該電容器之網絡係經選擇為該第二電容器網絡，則該集合之電容器包含第一及第二電容器，其第二端子係於一節點DC耦合該電路，及透過該第一電容器耦合該電路之一第三電容器，該裝置係進一步包含一控制器經組配以同步化該相位泵與得自該第一集合之切換元件中之擇定的切換元件在該第一與第二態間的過渡以使得於該第一端子的一電壓為於該第二端子的一電壓的一倍數。
  25. 如請求項24之裝置，其中該串切換元件係包含一二極 體。
  26. 如請求項24之裝置，其中該串切換元件係包含一開關。
  27. 如請求項24之裝置，其中該串切換元件係包含一電晶體。
  28. 如請求項24之裝置，其中該電路係經組配以提供一第二時變電位，該第二時變電位係於一特定頻率在一第一態與一第二態間切換。
  29. 如請求項28之裝置，其中該第二時變電位係為與該第一時變電位180度不同相位。
  30. 如請求項24之裝置，其中該第二電路係具有一個態。
  31. 如請求項24之裝置，其中該第二電容器網絡係包含第一及第二電容器，該等電容器之第二端子係DC耦合該電路，及透過該第一電容器耦合該電路之一第三電容器。
  32. 如請求項24之裝置，其中該級聯倍增器係進一步包含一第二集合之切換元件，其中之一者係耦合該第一端子及其中之另一者係耦合該第二端子，具有一第一及第二操作態用以提供一第三電位的一額外電路，及耦合於該額外電路與該第二集合之切換元件間之一第三電容器網絡。
  33. 如請求項32之裝置，其中該第三電容器網絡係包含一集合之電容器，各個電容器具有一第一端子及一第二端子，該等第一端子係耦合得自該第二集合之切換元件的成對該等切換元件間之擇定節點中之相對應一者， 其中得自該第三電容器網絡的該集合之電容器係包含第一及第二電容器，該等電容器之第二端子係DC耦合該額外電路，及透過該第一電容器耦合該額外電路之一第三電容器。
  34. 如請求項32之裝置，其中該電路係經組配以提供一恆定電位。
  35. 如請求項32之裝置，其中該電路係經組配以提供一第二時變電位，第二時變電位係在於一特定頻率的一第一值與一第二值間切換。
  36. 如請求項35之裝置，其中該電容器之網絡係包含該第一電容器網絡，及其中該第二電容器網絡係包含第一及第二電容器，該等電容器之第二端子係DC耦合該電路，及透過該第一電容器耦合該電路之一第三電容器。
  37. 如請求項24之裝置，其中該電容器之網絡係包含該第一電容器網絡。
  38. 如請求項24之裝置，其中該電容器之網絡係包含該第二電容器網絡。
  39. 如請求項24之裝置，其中該相位泵係包含同相位操作的多個開關。
  40. 一種包含連結於第一端子與第二端子間之一級聯倍增器的裝置，該級聯倍增器係包含具有切換元件之一切換式網絡，一相位泵，及耦合該切換式網絡之第一及第二電容器網絡， 其中該等第一及第二電容器網絡中之至少一者係包含耦合該相位泵的及耦接至該切換式網絡的一泵電容器之網絡，及其中該等第一及第二電容器網絡中之至少一者係包含一第一電容器、一第二電容器、及一第三電容器，其中該第一電容器具有一端子其係DC耦合該相位泵之一節點，該第二電容器具有一端子其係DC耦合該相位泵之該節點，及該第三電容器係透過該第一電容器耦合該相位泵，該裝置係進一步包含一控制器經組配以同步化該相位泵與擇定的切換元件在該第一與第二態間的過渡以使得於該第一端子的一電壓為於該第二端子的一電壓的一倍數。
  41. 如請求項40之裝置，其係進一步包含一收發器經組配以接收來自該級聯倍增器的能量。
  42. 如請求項40之裝置，其係進一步包含一記憶體元件經組配以接收來自該級聯倍增器的能量。
  43. 如請求項40之裝置，其中該等第一及第二電容器網絡各自係包含一泵電容器網絡。
  44. 如請求項40之裝置，其中該第一電容器網絡係包含一DC電容器之網絡。
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